Otkovci od legure titana biraju se za komponente koje moraju kombinirati visoku čvrstoću, nisku gustoću, otpornost na zamor i predvidljivo ponašanje u agresivnim okruženjima. Kovani uvjeti su važni jer proizvode gusti kovani proizvod s kontroliranom mikrostrukturom, što je teško jamčiti u lijevanim ili aditivno proizvedenim dijelovima iste geometrije. Polja primjene u nastavku također pokazuju zašto se legura nikada ne bi trebala odabrati samo iz naziva aplikacije.
Zašto se otkovci koriste za komponente od titana
Kovanje pročišćava strukturu ingota, zatvara poroznost i poravnava mikrostrukturu na način koji se može provjeriti mehaničkim ispitivanjem iz dijela ili iz produžetka. Za komponente podložne cikličkom opterećenju, to je odlučujuća prednost. Legure titana također smanjuju masu komponente na razini čvrstoće koja se može usporediti s čelikom visoke -čvrstoće, dok njihov sloj pasivnog oksida pruža otpornost na koroziju bez sustava premaza koji su čeliku potrebni u pomorskoj i kemijskoj upotrebi. Kompromis-su troškovi i osjetljivost procesa: titan ima jak afinitet prema kisiku i uzak radni raspon, tako da temperaturni prozori kovanja, uvjeti kalupa i kontrola atmosfere utječu na rezultat.
Zrakoplovne konstrukcije i komponente motora
Zrakoplovstvo ostaje najveće područje primjene. Dijelovi okvira zrakoplova uključuju strukturne elemente, gusjenice sjedala, komponente stajnog trapa, priključke za pilone i strojno izrađene-od-kovanih nosača, a sve to ima prednost od visoke specifične čvrstoće i dobrih performansi zamora. U motorima se titanski otkovci koriste za diskove kompresora, lopatice i bliskove, osovine i kućišta. Komponente kompresora od Ti-6Al-4V općenito se primjenjuju tamo gdje radna temperatura ostaje ispod otprilike 350 stupnjeva; blizu titana i visokotemperaturni stupnjevi kao što je Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo proširuju upotrebljivi raspon do 500 stupnjeva za toplije faze.
Odabir legure prema servisnim zahtjevima
| Legura | Uobičajena oznaka | Tipična primjena | Referenca specifikacije |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 5. razred | Priključci okvira zrakoplova, diskovi motora, opća struktura | ASTM B381, minimalna vlačna čvrstoća 895 MPa, minimalno popuštanje 828 MPa, istezanje 10 % |
| Ti-6Al-4V ELI | 23. stupanj | Medicinski implantati, kriogeni i{0}}dijelovi visokog integriteta | ASTM B381 i ASTM F136, minimalna vlačna čvrstoća 860 MPa, minimalno popuštanje 795 MPa, istezanje 10 % |
| Ti-10V-2Fe-3Al | Beta legura | Strukturalni otkovci-a zrakoplova visoke čvrstoće | AMS 4983 i AMS 4984, toplinski obrađeni na visoku razinu čvrstoće |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Blizu-alfa legure | Kompresorski diskovi i prstenovi za povišene temperature | AMS 4975 i AMS 4976 |
Stupanj 23 kemijski je sličan stupnju 5, ali ima niže granice kisika i željeza, što poboljšava duktilnost i otpornost na lom. Budući da je razlika ograničenje sastava, a ne ruta obrade, certifikate je potrebno pažljivo provjeriti; toplina razreda 5 ne može se osloboditi prema zahtjevu razreda 23.
Medicinske, pomorske i kemijske primjene
Medicinske primjene koriste kovani titan za stabljike kukova i koljena, vijke za kosti, hardver za kralježnicu i zubne komponente. Ovi proizvodi zahtijevaju strožu kontrolu kemije, čistoće i sljedivosti od općeg inženjerskog rada i obično zahtijevaju stupanj 23 ili komercijalno čiste stupnjeve s dokumentiranim mikrostrukturnim kriterijima prihvatljivosti. U pomorskoj službi, osovine od titana, pričvrsni elementi, kućišta izmjenjivača topline i podmorske komponente iskorištavaju otpornost pasivnog oksidnog filma na kloride. U kemijskoj obradi, kovani titan pokriva tijela ventila, komponente pumpi, cijevne spojeve i unutarnje dijelove reaktora koji rukuju oksidirajućim kiselinama i kloriranim medijima.
Kontrola procesa i provjera kvalitete
Specifikacija kovanja kao što je ASTM B381 definira kemiju, uvjete toplinske obrade, mehanička svojstva i dopušteno stanje površine. Mlinska praksa dodaje elemente koji određuju je li dio prihvaćen: dizajn matrice kako bi se izbjeglo preklapanje i nedovoljno punjenje, kontrolirano predgrijavanje na temperaturu povezanu s beta transusom i provjera-po-sekcija mehaničkih svojstava nakon toplinske obrade. Za kritične dijelove koristi se ultrazvučna inspekcija za otkrivanje unutarnjih diskontinuiteta, a makrostrukturno ispitivanje presječenog svjedodžbenog komada potvrđuje da je kovanje obrađeno cijelom svojom debljinom, a ne samo na površini. Makro-jetkanje je posebno korisna provjera prisutnosti ostatka kao-lijevane strukture, što ukazuje na nedovoljnu deformaciju.
Često postavljana pitanja
Q:Koja se legura titana najčešće koristi za otkivke?
O: Ti-6Al-4V, označen stupnjem 5, najviše se koristi. Nudi uravnoteženu kombinaciju čvrstoće, žilavosti, zavarljivosti i dostupnosti, a pokriven je specifikacijama kovanja kao što je ASTM B381.
Q:Koja je razlika između stupnja 5 i stupnja 23 u kovanju?
O: Glavna razlika je kemijska disciplina. Stupanj 23 ima niži maksimalni udio kisika i željeza, što povećava duktilnost i žilavost. Minimalna vlačna čvrstoća za stupanj 23 je 860 MPa naspram 895 MPa za stupanj 5, a poželjna je za medicinske primjene i primjene s visokim -integritetom.
Q:Do koje temperature se mogu koristiti Ti-6Al-4V otkovci?
O: Kontinuirana usluga općenito je ograničena na oko 350 stupnjeva za kompresor i strukturne komponente. Iznad tog raspona odabiru se slitine blizu -alfa kao što je Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo jer zadržavaju čvrstoću i otpornost na puzanje na višoj temperaturi.
Q:Zašto je kovanje bolje od lijevanja za dijelove od titana?
O: Kovanje zatvara unutarnju poroznost, pročišćava mikrostrukturu i proizvodi dosljednija svojstva zamora. Lijevani titan može zadovoljiti zahtjeve za statičku čvrstoću, ali je razlika u performansama otpornosti na zamor veća, što je neprihvatljivo za visoko opterećene rotirajuće ili-kritične dijelove.
Q:Kako se kvaliteta kovanja potvrđuje prije isporuke?
O: Na uobičajenoj osnovi kemijske analize, vlačne i, gdje je potrebno, ispitivanja na udar, plus ultrazvučna inspekcija za unutarnju čvrstoću i makrostrukturno ispitivanje presječenog komada kako bi se potvrdila odgovarajuća deformacija kroz presjek.
